JP6731543B2 - How to discharge an electrical energy store - Google Patents

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Description

本発明は、電気的なエネルギー蓄積器を放電させる方法に関する。電気的なエネルギー蓄積器(例えば、電気コンデンサ)には、大きなエネルギー量を蓄積することができる。故障発生時に、これらの大きなエネルギー量を制御することは困難である。というのは、故障発生時に、エネルギーが抑制されないで突然に放出され、その結果、他のエネルギー形態に変化し得るからである。その際に、電気的なエネルギー蓄積器に接続されている電子回路または電子構成要素(例えば、パワー半導体)は、しばしば、これらの放出されるエネルギー量を受け入れて抑制することができない。これによって、故障発生時に、例えば爆発によって、電子回路の完全破壊がもたらされる。更に、電子回路の破壊時には、隣接した設備機器において二次故障が起こり得る。このような二次故障の原因は、例えば、アーク、大きな磁気的な電流力、または上述の爆発に起因した強い汚染にある。 The present invention relates to a method of discharging an electrical energy store. A large amount of energy can be stored in an electrical energy store (eg, an electric capacitor). It is difficult to control these large amounts of energy when a failure occurs. This is because in the event of a failure, energy can be released uncontrolled and suddenly resulting in a change to another form of energy. In doing so, electronic circuits or electronic components (e.g., power semiconductors) connected to the electrical energy store often cannot accept and suppress these emitted amounts of energy. This leads to a complete destruction of the electronic circuit when a failure occurs, for example by an explosion. Furthermore, when an electronic circuit is destroyed, a secondary failure may occur in adjacent equipment. Causes of such secondary failures are, for example, arcs, large magnetic current forces, or strong pollution due to the above-mentioned explosion.

特許文献1から、モジュール型マルチレベルコンバータのサブモジュールのための短絡電流解放装置が知られている。この短絡電流解放装置では、電気コンデンサにサイリスタが並列接続されている。それは、故障発生時に、電気コンデンサの放電電流をサイリスタによって制御してバイパスさせ、電気コンデンサに接続されている電子回路を保護するためである。この公知の短絡電流解放装置は、電子的な評価回路を有しており、この評価回路は、故障の存在を認識し、故障の存在時にはサイリスタのゲート端子にゲート電流を供給し、それによってサイリスタをターンオンさせる(点弧する)。この評価回路を実現するためには付加的な電子構成要素が必要不可欠であり、この電子構成要素は、故障を認識してサイリスタにゲート電流を供給するために、ある程度の時間を必要とする。更に、その評価回路は、保護要素、即ち短絡解放装置の確実性を低下させる。 From US Pat. No. 6,037,099 a short circuit current release device is known for submodules of a modular multilevel converter. In this short-circuit current release device, a thyristor is connected in parallel with the electric capacitor. This is because when a failure occurs, the discharge current of the electric capacitor is controlled and bypassed by the thyristor to protect the electronic circuit connected to the electric capacitor. This known short-circuit current release device has an electronic evaluation circuit, which recognizes the presence of a fault and supplies a gate current to the gate terminal of the thyristor in the presence of the fault, whereby the thyristor. Turn on (fire). Additional electronic components are essential to implement this evaluation circuit, which requires some time to recognize a fault and supply the gate current to the thyristor. Furthermore, the evaluation circuit reduces the reliability of the protection element, ie the short-circuit release device.

国際特許出願公開第2013/044961号明細書International Patent Application Publication No. 2013/044961

本発明の課題は、付加的な評価回路が必要でない、電気的なエネルギー蓄積器を放電させる方法および装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a method and a device for discharging an electrical energy store without the need for an additional evaluation circuit.

この課題は、本発明によれば、独立請求項に記載の方法および装置によって解決される。方法および装置の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。 This problem is solved according to the invention by a method and a device according to the independent claims. Advantageous embodiments of the method and the device are described in the dependent claims.

第1の電気導体および第2の電気導体により電子回路に接続されている電気的なエネルギー蓄積器を放電させる方法であって、エネルギー蓄積器を放電させるためのサイリスタが設けられている方法を開示する。この方法において、
・電子回路において発生した故障に基づいて(特に、電子回路において発生した短絡に基づいて)、エネルギー蓄積器の放電電流が、エネルギー蓄積器から第1の電気導体を介して電子回路へ流れ始め、第2の電気導体を介してエネルギー蓄積器へ戻り、
・その(増大する)放電電流に基づいて、第1の電気導体および第2の電気導体の周りに、時間的に変化する磁界が生成され、その時間的に変化する磁界がサイリスタの半導体材料を貫通し、
・その時間的に変化する磁界によって、サイリスタの半導体材料内に電流(渦電流)が誘導(印加)され、
・(もっぱら)この誘導された電流によって、サイリスタがターンオンされる(それによって、エネルギー蓄積器の放電電流が、ターンオンされたサイリスタを通して流れ、それによって電子回路がバイパスされる)。
従って、ターンオンされたサイリスタは、エネルギー蓄積器の放電電流(エネルギー蓄積器の放電電流の少なくとも一部)を引き受け、即ち、ターンオンされたサイリスタがエネルギー蓄積器の放電電流をバイパスさせる。エネルギー蓄積器は、例えば、コンデンサ形式のエネルギー蓄積器、例えば蓄電器、電池または蓄電池であってよい。誘導された電流は、サイリスタ内においてゲート電流または点弧電流として作用することができる。ゲート電流は、サイリスタのゲート半導体構造を通して流れてサイリスタをターンオンさせる電流である。点弧電流は、サイリスタ内でサイリスタのゲート半導体構造の外側に流れてサイリスタをターンオンさせる電流である。
Disclosed is a method of discharging an electrical energy store connected to an electronic circuit by a first electrical conductor and a second electrical conductor, wherein a thyristor for discharging the energy store is provided. To do. In this way,
-On the basis of a fault occurring in the electronic circuit (in particular, due to a short circuit occurring in the electronic circuit), the discharge current of the energy store begins to flow from the energy store through the first electrical conductor into the electronic circuit, Return to the energy store via the second electrical conductor,
A time-varying magnetic field is generated around the first and second electrical conductors based on the (increasing) discharge current, the time-varying magnetic field causing the semiconductor material of the thyristor to Penetrate,
・The time-varying magnetic field induces (applies) an electric current (eddy current) in the semiconductor material of the thyristor,
• (Exclusively) this induced current turns on the thyristor, which causes the discharge current of the energy store to flow through the turned-on thyristor, thereby bypassing the electronic circuit.
Thus, the turned-on thyristor takes on the energy storage discharge current (at least a portion of the energy storage discharge current), ie the turned-on thyristor bypasses the energy storage discharge current. The energy store may be, for example, a capacitor-type energy store, for example a battery, a battery or a battery. The induced current can act as a gate or firing current in the thyristor. The gate current is the current that flows through the gate semiconductor structure of the thyristor and turns on the thyristor. The ignition current is a current that flows inside the thyristor outside the gate semiconductor structure of the thyristor and turns on the thyristor.

換言するならば、誘導された電流(渦電流)によってサイリスタがターンオンされる。それによって、エネルギー蓄積器の放電電流が、電子回路を迂回して、ターンオンしたサイリスタを通して流れる。サイリスタは、空間的に第1の電気導体および/または第2の電気導体に隣接して配置されているとよい。 In other words, the induced current (eddy current) turns on the thyristor. Thereby, the discharge current of the energy store bypasses the electronic circuit and flows through the turned-on thyristor. The thyristor may be spatially arranged adjacent to the first electrical conductor and/or the second electrical conductor.

この方法では、(エネルギー蓄積器の増大する放電電流に基づいて生じる)時間的に変化する磁界が、直接的に、サイリスタをターンオンする(即ち、サイリスタを点弧する)ために利用される。そのために、更なる構成要素も、更なる評価回路も、全く必要でない。それによって、この方法は、非常に簡単に安価かつ確実に実現することができる。更に、サイリスタのターンオン時の時間遅れが回避される。(付加的な電子的構成要素が存在する評価回路は、もちろん、このような遅れを必然的に伴う。)従って、このサイリスタは、付加的な評価回路内での付加的な検出用もしくは点弧用の電子装置に基づく付加的なスイッチング遅れ時間なしに自己点弧するサイリスタである(この場合、サイリスタの点弧遅れ時間は変化しないままである。サイリスタの点弧遅れ時間は、一般に、数μs、典型的には1〜3μsである。)。付加的な構成要素および付加的な評価回路が存在しないことに基づいて、付加的な電気的損失も発生しない。特に、(例えば、モジュール型マルチレベルコンバータの場合のように)非常に多くの電気的なエネルギー蓄積器が存在しているパワーエレクトロニクス設備の場合には、それによって電気的損失を、言うに値するほど低減することができる。それによって、設備のエネルギー効率を改善することができる。上述の方法の場合、サイリスタの漏れ電流によって、僅かの電気的損失しか発生しない。この漏れ電流は一般に非常に僅かである。 In this method, the time-varying magnetic field (generated due to the increasing discharge current of the energy store) is used directly to turn on (ie ignite) the thyristor. Therefore, no additional components or evaluation circuits are required. Thereby, this method can be implemented very simply, cheaply and reliably. Furthermore, a time delay at turn-on of the thyristor is avoided. (Evaluation circuits in which additional electronic components are present are, of course, necessarily accompanied by such a delay.) Therefore, this thyristor is designed for additional detection or firing within the additional evaluation circuit. A self-igniting thyristor without additional switching delay based on the electronics for the thyristor (in this case, the thyristor's ignition delay time remains unchanged. The thyristor's ignition delay time is generally a few μs. , Typically 1-3 μs). Due to the absence of additional components and additional evaluation circuits, no additional electrical losses occur. Especially in the case of power electronics installations where there are a large number of electrical energy stores (as in the case of modular multi-level converters for example), the electrical losses are thereby worth mentioning. It can be reduced. Thereby, the energy efficiency of the equipment can be improved. In the case of the method described above, a small electrical loss occurs due to the leakage current of the thyristor. This leakage current is generally very low.

従って、上述の方法は、付加的な電子構成要素の回避もしくは付加的な電子評価回路の回避に基づいて、大きなコスト節減および故障率(FIT値、FIT=failure in time)の低減を可能にする。存在しない構成要素は故障することはないので、故障発生の確率は、明らかに低減される。 Therefore, the above-mentioned method enables a large cost saving and a reduction in failure rate (FIT value, FIT=failure in time) based on avoiding additional electronic components or avoiding additional electronic evaluation circuits. .. Since the non-existent components do not fail, the probability of failure occurrence is clearly reduced.

本方法は、磁界の時間的変化が閾値を上回った際に、誘導される電流によってサイリスタがターンオンされるように、経過することができる。この閾値は、第1の電気導体および/または第2の電気導体に対するサイリスタの空間的な配置の選択によって、著しく影響を及ぼされる。サイリスタのターンオンのために十分に強い磁界の時間的変化を発生させるためには、例えば、サイリスタと第1の電気導体または第2の電気導体との間の間隔が大きければ大きいほど、放電電流の時間的変化が一層大きくなければならない。換言するならば、本方法は、放電電流の時間的変化が閾値を上回った際に、誘導される電流によってサイリスタがターンオンされるように、経過することができる。 The method can proceed such that the induced current causes the thyristor to turn on when the temporal change in the magnetic field exceeds a threshold value. This threshold value is significantly influenced by the choice of the spatial arrangement of the thyristor with respect to the first electrical conductor and/or the second electrical conductor. In order to generate a sufficiently strong temporal change of the magnetic field for the turn-on of the thyristor, for example, the greater the distance between the thyristor and the first electrical conductor or the second electrical conductor, the greater the discharge current The change over time must be even greater. In other words, the method can proceed such that when the change in discharge current over time exceeds a threshold value, the induced current turns on the thyristor.

本方法は、電子回路が、1つのハーフブリッジ回路内に配置されている少なくとも2つの(オン・オフ制御可能な)電子スイッチ素子を有するように、構成することができる(ハーフブリッジ回路は、エネルギー蓄積器に並列接続されている)。この種の電子回路は、例えば、モジュール型マルチレベルコンバータのいわゆるハーフブリッジサブモジュール内に含まれている。 The method can be configured such that the electronic circuit has at least two (on/off controllable) electronic switching elements arranged in one half bridge circuit (the half bridge circuit is It is connected in parallel to the accumulator). Electronic circuits of this kind are contained, for example, in so-called half-bridge submodules of modular multilevel converters.

本方法は、電子回路が、前記2つの電子スイッチ素子と、2つの(オン・オフ制御可能な)他の電子スイッチ素子とを有するように、構成することもでき、この場合に、2つの電子スイッチ素子および2つの他の電子スイッチ素子は、1つのフルブリッジ回路に配置されている。このような電子回路は、例えば、モジュール型マルチレベルコンバータのいわゆるフルブリッジサブモジュール内に含まれている。 The method can also be arranged such that the electronic circuit comprises said two electronic switching elements and two other (on/off controllable) electronic switching elements, in which case two electronic switching elements are provided. The switch element and the two other electronic switch elements are arranged in one full bridge circuit. Such electronic circuits are contained, for example, in so-called full-bridge submodules of modular multilevel converters.

更に、電子回路と、第1の電気導体と第2の電気導体とにより前記電子回路に接続されている電気的なエネルギー蓄積器と、(故障発生時に)そのエネルギー蓄積器を放電させるためのサイリスタとを有し、前記サイリスタが、次のように、第1の電気導体および/または第2の電気導体に対して空間的に隣接して配置されている、装置を開示する。即ち、 少なくとも1つの電気導体(例えば、第1の電気導体および/または第2の電気導体)を通して流れる前記エネルギー蓄積器の放電電流に基づいて発生して、前記サイリスタの半導体材料を貫通する、時間的に変化する磁界に基づいて、(その磁界の時間的変化が閾値を上回る際に)前記サイリスタの半導体材料内に前記サイリスタをターンオンさせる電流(渦電流)が誘導(印加)されるように、第1の電気導体および/または第2の電気導体に対して空間的に隣接して配置されている。その場合に、エネルギー蓄積器は、例えばコンデンサ形式のエネルギー蓄積器、例えば蓄電器、電池または蓄電池であってよい。誘導される電流は、サイリスタ内においてゲート電流または点弧電流として作用し得る。この装置は、先に方法との関連で述べたのと同じ利点を有する。 Further, an electronic circuit, an electrical energy store connected to the electronic circuit by a first electrical conductor and a second electrical conductor, and a thyristor for discharging the energy store (when a failure occurs). And the thyristor is arranged spatially adjacent to the first electrical conductor and/or the second electrical conductor as follows. That is, a time that is generated based on a discharge current of the energy store flowing through at least one electrical conductor (eg, a first electrical conductor and/or a second electrical conductor) to penetrate the semiconductor material of the thyristor, So that a current (eddy current) that turns on the thyristor is induced (applied) in the semiconductor material of the thyristor (when the temporal change of the magnetic field exceeds a threshold value) based on a magnetic field that changes in a time-dependent manner. It is arranged spatially adjacent to the first electrical conductor and/or the second electrical conductor. In that case, the energy store may be, for example, a capacitor-type energy store, for example a battery, a battery or a battery. The induced current can act as a gate or firing current in the thyristor. This device has the same advantages as described above in connection with the method.

本装置は、サイリスタが、第1の電気導体と第2の電気導体との間の中間空間内に配置されているように構成することもできる。この装置の場合に、サイリスタは、第1の電気導体の磁界によっても第2の電気導体の磁界によっても、格別に良好に貫通される。 The device may also be arranged such that the thyristor is arranged in the intermediate space between the first electrical conductor and the second electrical conductor. In the case of this device, the thyristor is penetrated very well by the magnetic field of the first electrical conductor and by the magnetic field of the second electrical conductor.

本装置は、サイリスタのアノードが第1の電気導体に(導電)接続されており、サイリスタのカソードが第2の電気導体に(導電)接続されているように構成することもできる。換言するならば、サイリスタが第1の電気導体と第2の電気導体との間に直接に接続されていてよい。その場合に、2つの接触部位(アノードと第1の電気導体との間の第1の接触部位と、カソードと第2の電気導体との間の第2の接触部位)のみが必要である。 The device can also be configured such that the anode of the thyristor is (conductive) connected to the first electrical conductor and the cathode of the thyristor is (conductive) connected to the second electrical conductor. In other words, the thyristor may be directly connected between the first electric conductor and the second electric conductor. In that case, only two contact sites are required: a first contact site between the anode and the first electrical conductor and a second contact site between the cathode and the second electrical conductor.

本装置は、サイリスタが、第1の電気導体と第2の電気導体との間に機械的に固定されているように構成することもできる。(第1の電気導体、サイリスタおよび第2の電気導体は保持枠を構成する)。その機械的な固定によって、有利に、第1の電気導体とサイリスタとの間(より厳密に言えば、第1の電気導体とサイリスタのアノードとの間)の良好な電気的接触と、第2の電気導体とサイリスタとの間(より厳密に言えば、第2の電気導体とサイリスタのカソードとの間)の良好な電気的接触とが保証される。 The device can also be configured such that the thyristor is mechanically fixed between the first electrical conductor and the second electrical conductor. (The first electric conductor, the thyristor and the second electric conductor form a holding frame). Due to its mechanical fastening, advantageously a good electrical contact between the first electrical conductor and the thyristor (more precisely the first electrical conductor and the anode of the thyristor) and a second electrical contact Good electrical contact between the electric conductor of the thyristor and the thyristor (more precisely, between the second electric conductor and the cathode of the thyristor) is ensured.

本装置は、サイリスタがディスクセル容器を有するように構成することもできる。ディスクセル容器を有するこの種のサイリスタは、有利に、格別に簡単に第1の電気導体と第2の電気導体との間に機械的に固定することができる。 The device can also be configured such that the thyristor has a disk cell container. A thyristor of this kind with a disk cell container can advantageously be mechanically fixed between the first and the second electrical conductor in a particularly simple manner.

本装置は、第1の電気導体および/または第2の電気導体が、それぞれ電流レールとして形成されているように構成することもできる。この種の電流レールにより、一方ではエネルギー蓄積器の大きな放電電流も安全に導くことができ、他方では(機械的に安定な)電流レールによりサイリスタを確実に機械的に固定することができる。 The device can also be configured such that the first electrical conductor and/or the second electrical conductor are each formed as a current rail. A current rail of this kind makes it possible, on the one hand, to safely guide large discharge currents of the energy store, and on the other hand, a (mechanically stable) current rail ensures a secure mechanical fixing of the thyristor.

本装置は、第1の電気導体および/または第2の電気導体が、それぞれ1つの平らな外面を有し、サイリスタの半導体材料がディスク(ウェハ)を形成し、該ディスクが平らな外面の少なくとも一方に平行に配置されているように構成することもできる。(その場合、特に、第1の電気導体が第1の平らな外面を有し、第2の電気導体が第2の平らな外面を有し、第1の平らな外面が第2の平らな外面に平行に配置されており、サイリスタの半導体材料がディスク(ウェハ)を形成し、該ディスクが第1の平らな外面および第2の平らな外面に対して平行に配置されている。)この種の装置は、有利に、第1の電気導体と第2の電気導体との間の僅かな間隔を可能にする。それによって、第1の電気導体と第2の電気導体との間に、格別に強い磁界を発生させることができる。更に、この種の装置において、時間的に変化する磁界が、サイリスタの半導体材料を格別に良好に貫通するので、サイリスタの半導体材料内に、(例えばゲート電流として作用する)電流が確実に誘導される。 The device comprises a first electrical conductor and/or a second electrical conductor each having a flat outer surface, the semiconductor material of the thyristor forming a disc (wafer), the disc having at least a flat outer surface. It can also be configured to be arranged parallel to one side. (In that case, in particular, the first electrical conductor has a first flat outer surface, the second electrical conductor has a second flat outer surface, and the first flat outer surface has a second flat outer surface. Arranged parallel to the outer surface, the semiconductor material of the thyristor forming a disk (wafer), which disk is arranged parallel to the first flat outer surface and the second flat outer surface). Such a device advantageously allows a small distance between the first and second electrical conductors. Thereby, a particularly strong magnetic field can be generated between the first electric conductor and the second electric conductor. Furthermore, in this type of device, the time-varying magnetic field penetrates the semiconductor material of the thyristor particularly well, so that a current (for example acting as a gate current) is reliably induced in the semiconductor material of the thyristor. It

本装置は、サイリスタがエネルギー蓄積器に低インダクタンスで結合されているように構成することもできる(その場合に、エネルギー蓄積器とサイリスタとの間の電気的な接続が、エネルギー蓄積器と電子回路との間の電気的な接続よりも小さい電気的なインダクタンスを有する。)。その場合に、サイリスタのターンオン後に、エネルギー蓄積器の放電電流がサイリスタを通して流れ、電子回路を通しては流れない(または、非常にわずかな範囲でしか流れない)。 The device may also be configured such that the thyristor is coupled to the energy storage device with low inductance (in which case the electrical connection between the energy storage device and the thyristor is the energy storage device and the electronic circuit). Has a smaller electrical inductance than the electrical connection between. In that case, after the thyristor is turned on, the discharge current of the energy store flows through the thyristor and not through the electronic circuit (or only to a very small extent).

本装置は、サイリスタがエネルギー蓄積器に並列接続されているように構成することもできる。これは、サイリスタを格別に密接してエネルギー蓄積器に配置することを可能にし、それによって、エネルギー蓄積器とサイリスタとの間において、格別に低インダクタンスの電気的接続が可能である。 The device can also be configured such that the thyristor is connected in parallel with the energy store. This allows the thyristor to be placed very closely in the energy store, which allows a particularly low-inductance electrical connection between the energy store and the thyristor.

本装置は、電子回路が、1つのハーフブリッジ回路内に配置された少なくとも2つの(オン・オフ制御可能な)電子スイッチ素子を有するように、構成することもできる(その場合に、ハーフブリッジ回路は、エネルギー蓄積器に並列接続されている)。この種の電子回路は、例えば、モジュール型マルチレベルコンバータのいわゆるハーフブリッジサブモジュール内に含まれている。 The device can also be configured such that the electronic circuit has at least two (on/off controllable) electronic switching elements arranged in one half-bridge circuit (in which case the half-bridge circuit). Is connected in parallel to the energy store). Electronic circuits of this kind are contained, for example, in so-called half-bridge submodules of modular multilevel converters.

本装置は、電子回路が、前記2つの電子スイッチ素子と、2つの他の(オン・オフ制御可能な)スイッチ素子とを有するように、構成することもでき、その場合に、2つの電子スイッチ素子および2つの他のスイッチ素子は、1つのフルブリッジ回路内に配置されている。この種の電子回路は、例えばモジュール型マルチレベルコンバータのいわゆるフルブリッジサブモジュール内に含まれている。 The device can also be configured such that the electronic circuit comprises the two electronic switch elements and two other (on/off controllable) switch elements, in which case the two electronic switch elements. The element and the two other switching elements are arranged in one full bridge circuit. Electronic circuits of this kind are contained, for example, in so-called full-bridge submodules of modular multilevel converters.

上述の変形態様の1つによる装置を有するモジュール型マルチレベルコンバータの1つのモジュールを開示する。 Disclosed is a module of a modular multi-level converter having a device according to one of the variants described above.

更に、多数のこの種のモジュールを有するモジュール型マルチレベルコンバータを開示する。 Further, a modular multi-level converter having a large number of such modules is disclosed.

上述の方法および上述の装置は同じもしくは同様の利点を有する。 The method and apparatus described above have the same or similar advantages.

以下において、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。同じ符号は、同じ要素または同じ作用をする要素を指す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. The same code|symbol refers to the element which has the same element or the same action.

図1は多数のモジュールを有する電力変換装置の実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a power conversion device having a large number of modules. 図2は1つのモジュールの実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of one module. 図3は1つのモジュールの他の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of one module. 図4は高電圧直流送電設備の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of high-voltage DC transmission equipment. 図5は無効電力補償装置の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a reactive power compensator. 図6は1つのサイリスタを有するモジュールの実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of a module having one thyristor. 図7は1つのサイリスタを有するモジュールの他の実施例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of a module having one thyristor. 図8は実装されたサイリスタの実施例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing an example of the mounted thyristor. 図9は実装されたサイリスタの実施例を示す側面図である。FIG. 9 is a side view showing an embodiment of the mounted thyristor. 図10は磁界内のサイリスタの半導体材料を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a semiconductor material of a thyristor in a magnetic field. 図11は方法経過を例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a method process.

図1には、電力変換装置1が、モジュール型マルチレベルコンバータ1(modular multilevel converter,MMC)の形で示されている。このマルチレベルコンバータ1は、第1の交流電圧端子5、第2の交流電圧端子7および第3の交流電圧端子9を有する。第1の交流電圧端子5は、第1の相モジュールアーム11と、第2の相モジュールアーム13とに、電気的に接続されている。第1の相モジュールアーム11および第2の相モジュールアーム13は、電力変換装置1の第1の相モジュール15を構成する。第1の交流電圧端子5と反対の方を向いている相モジュールアーム11の端部は、第1の直流電圧端子16に電気的に接続されている。第1の交流電圧端子5と反対の方を向いている第2の相モジュールアーム13の端部は、第2の直流電圧端子17に電気的に接続されている。第1の直流電圧端子16は正の直流電圧端子であり、第2の直流電圧端子17は負の直流電圧端子である。 In FIG. 1, a power converter 1 is shown in the form of a modular multilevel converter (MMC). This multi-level converter 1 has a first AC voltage terminal 5, a second AC voltage terminal 7 and a third AC voltage terminal 9. The first AC voltage terminal 5 is electrically connected to the first phase module arm 11 and the second phase module arm 13. The first phase module arm 11 and the second phase module arm 13 form a first phase module 15 of the power conversion device 1. The end of the phase module arm 11 facing away from the first AC voltage terminal 5 is electrically connected to the first DC voltage terminal 16. The end of the second phase module arm 13 facing away from the first AC voltage terminal 5 is electrically connected to the second DC voltage terminal 17. The first DC voltage terminal 16 is a positive DC voltage terminal, and the second DC voltage terminal 17 is a negative DC voltage terminal.

第2の交流電圧端子7は、第3の相モジュールアーム18の一端と、第4の相モジュールアーム21の一端とに、電気的に接続されている。第3の相モジュールアーム18と、第4の相モジュールアーム21とは、第2の相モジュール24を構成している。第3の交流電圧端子9は、第5の相モジュールアーム27の一端と、第6の相モジュールアーム29の一端とに、電気的に接続されている。第5の相モジュールアーム27と、第6の相モジュールアーム29とは、第3の相モジュール31を構成している。 The second AC voltage terminal 7 is electrically connected to one end of the third phase module arm 18 and one end of the fourth phase module arm 21. The third phase module arm 18 and the fourth phase module arm 21 form a second phase module 24. The third AC voltage terminal 9 is electrically connected to one end of the fifth phase module arm 27 and one end of the sixth phase module arm 29. The fifth phase module arm 27 and the sixth phase module arm 29 form a third phase module 31.

第2の交流電圧端子7と反対の方を向いている第3の相モジュールアーム18の端部と、第3の交流電圧端子9と反対の方を向いている第5の相モジュールアーム27の端部とは、第1の直流電圧端子16に電気的に接続されている。第2の交流電圧端子7と反対の方を向いている第4の相モジュールアーム21の端部と、第3の交流電圧端子9と反対の方を向いている第6の相モジュールアーム29の端部とは、第2の直流電圧端子17に電気的に接続されている。 The end of the third phase module arm 18 facing away from the second AC voltage terminal 7 and the end of the fifth phase module arm 27 facing away from the third AC voltage terminal 9. The end portion is electrically connected to the first DC voltage terminal 16. The end of the fourth phase module arm 21 facing away from the second AC voltage terminal 7 and the end of the sixth phase module arm 29 facing away from the third AC voltage terminal 9. The end portion is electrically connected to the second DC voltage terminal 17.

各相モジュールアームは、複数のモジュール1_1,1_2,1_3,1_4,…,1_1n;2_1,…,2_n;…など)を有し、これらのモジュールは(それらのガルバニック電流接続により)電気的に直列接続されている。このようなモジュールは、サブモジュールとも呼ばれる。図1の実施例においては、それぞれの相モジュールアームがn個のモジュールを有する。それらのガルバニック電流接続により電気的に直列接続されているモジュールの個数は非常にさまざまであってよく、少なくとも3個のモジュールが直列接続されているとよい。しかし、例えば、50、100またはそれよりも多数のモジュールを電気的に直列接続することができる。本実施例においては、n=36である。従って、第1の相モジュールアーム11は、36個のモジュール1_1,1_2,1_3,…,1_36を有する。他の相モジュールアーム13,18,21,27および29も同様に構成されている。 Each phase module arm has a plurality of modules 1_1, 1_2, 1_3, 1_4,..., 1_1n; 2_1,..., 2_n;...), which are electrically connected in series (due to their galvanic current connection). It is connected. Such modules are also called sub-modules. In the embodiment of FIG. 1, each phase module arm has n modules. The number of modules electrically connected in series by their galvanic current connections can vary greatly, preferably at least three modules are connected in series. However, for example, 50, 100 or more modules can be electrically connected in series. In this embodiment, n=36. Therefore, the first phase module arm 11 has 36 modules 1_1, 1_2, 1_3,..., 1_36. The other phase module arms 13, 18, 21, 27 and 29 are similarly constructed.

図1の左の範囲に、モジュール1_1〜6_nのための制御装置35が示されている。この中央の制御装置35から、光情報が光学的な通信リンクを介して(例えば、光ファイバケーブルを介して)個々のモジュールへ伝送される。その制御装置と1つのモジュールとの間の情報伝送が、象徴的に、それぞれ1つの線37によって示されている。その情報伝送の方向は、線37の矢印によって象徴的に表されている。これは、モジュール1_1,1_4および4_5の例で示されている。その他のモジュールへは、同じような方法で、情報が送信され、または、これらのモジュールによって情報が受信される。例えば、制御装置35は、個々のモジュールに、それぞれ1つの、各モジュールが供給すべき出力電圧の高さに対する目標値を送信する。 In the area on the left of FIG. 1, the control unit 35 for the modules 1_1 to 6_n is shown. From this central controller 35, optical information is transmitted to individual modules via optical communication links (eg, via fiber optic cables). The information transmission between the controller and a module is symbolically indicated by a line 37 in each case. The direction of information transmission is symbolically represented by the arrow on line 37. This is shown in the example of modules 1_1, 1_4 and 4_5. Information is sent to or received by the other modules in a similar manner. For example, the control device 35 sends to each individual module a target value for the height of the output voltage that each module should supply.

図2には、1つのモジュール201の構造が例示されている。このモジュールは、例えば、第1の相モジュールアーム11のモジュール1_1であってよい(または、図1に示されている他のモジュールの1つであってもよい)。そのモジュールはハーフブリッジモジュール201として構成されている。モジュール201は、第1の逆並列接続されたダイオード204を備えた第1のオン・オフ制御可能な電子スイッチ素子202(オン・オフ制御可能なスイッチ素子202)を有する。更に、モジュール201は、第2の逆並列接続されたダイオード208を備えた第2のオン・オフ制御可能な電子スイッチ素子206(オン・オフ制御可能なスイッチ素子206)と、コンデンサ210の形での電気的なエネルギー蓄積器210とを有する。第1の電子スイッチ素子202および第2の電子スイッチ素子206は、それぞれIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)として構成されている。第1の電子スイッチ素子202は、第2の電子スイッチ素子206に電気的に直列接続されている。両電子スイッチ素子202および206の間の接続点に、第1のガルバニックモジュール接続部212が配置されている。その接続点とは反対側にある第2の電子スイッチ素子206の端子には、第2のガルバニックモジュール接続部215が配置されている。更に、第2のモジュール端子215は、エネルギー蓄積器210の第1の端子に接続されている。エネルギー蓄積器210の第2の端子は、前記接続点と反対側にある第1のスイッチ素子202の端子に電気的に接続されている。 FIG. 2 illustrates the structure of one module 201. This module may be, for example, module 1_1 of the first phase module arm 11 (or it may be one of the other modules shown in FIG. 1). The module is configured as a half bridge module 201. The module 201 has a first on/off controllable electronic switching element 202 (on/off controllable switching element 202) having a first anti-parallel connected diode 204. Further, the module 201 is in the form of a second on/off controllable electronic switch element 206 (on/off controllable switch element 206) with a second anti-parallel connected diode 208 and a capacitor 210. Electrical energy storage device 210. The first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 are each configured as an IGBT (insulated gate bipolar transistor). The first electronic switch element 202 is electrically connected in series with the second electronic switch element 206. A first galvanic module connecting portion 212 is arranged at a connection point between the electronic switching elements 202 and 206. A second galvanic module connecting portion 215 is arranged at the terminal of the second electronic switch element 206 on the side opposite to the connection point. Furthermore, the second module terminal 215 is connected to the first terminal of the energy storage 210. The second terminal of the energy storage 210 is electrically connected to the terminal of the first switch element 202 on the opposite side of the connection point.

従って、エネルギー蓄積器210は、第1のスイッチ素子202と第2のスイッチ素子206とからなる直列回路に対して電気的に並列に接続されている。第1のスイッチ素子202と第2のスイッチ素子206とを適切に駆動制御することによって、次のことを、即ち、第1のガルバニックモジュール接続部212と第2のガルバニックモジュール接続部215との間において、エネルギー蓄積器210の電圧が出力され、または全く電圧が出力されない(即ち、零電圧が出力される)ことを、達成することができる。従って、個々の相モジュールアームの複数のモジュールの協働によって、その都度所望される電力変換装置の出力電圧を発生させることができる。 Therefore, the energy storage 210 is electrically connected in parallel to the series circuit including the first switch element 202 and the second switch element 206. By appropriately controlling the driving of the first switching element 202 and the second switching element 206, the following is achieved: between the first galvanic module connecting portion 212 and the second galvanic module connecting portion 215. At, it can be achieved that the voltage of the energy store 210 is output, or no voltage is output (ie, zero voltage is output). Therefore, the desired output voltage of the power converter can be generated in each case by the cooperation of the modules of the individual phase module arms.

図3には、モジュール型マルチレベルコンバータ1の1つのモジュール301の他の実施例が示されている。このモジュール301は、例えばモジュール1_2であってよい(または図1に示されている他のモジュールの1つであってもよい。図2から既知の第1のスイッチ素子202、第2のスイッチ素子206、第1のダイオード204、第2のダイオード208およびエネルギー蓄積器210のはかに、図3に示されているモジュール301は、逆並列接続された第3のダイオード304を備えた第3のオンおよびオフ制御可能な電子スイッチ素子302と、逆並列接続された第4のダイオード308を備えた第4のオン・オフ制御可能な電子スイッチ素子306とを有する。第3のオン・オフ制御可能なスイッチ素子302および第4のオン・オフ制御可能なスイッチ素子306は、それぞれ、IGBTとして構成されている。図2の回路と違って、第2のガルバニックモジュール接続部315が、第2のスイッチ素子206に電気的に接続されずに、第3のスイッチ素子302と第4のスイッチ素子306とからなる電気的な直列回路の中間点に、電気的に接続されている FIG. 3 shows another embodiment of one module 301 of the modular multilevel converter 1. This module 301 may for example be module 1_2 (or it may be one of the other modules shown in Fig. 1. First switch element 202, second switch element known from Fig. 2). 206, the first diode 204, the second diode 208 and the energy store 210, and the module 301 shown in FIG. 3 comprises a third diode 304 with an anti-parallel connected third diode 304. It has an electronic switch element 302 that can be turned on and off, and a fourth electronic switch element 306 that can be turned on and off and that includes a fourth diode 308 that is connected in anti-parallel. The second switch element 302 and the fourth switch element 306 capable of on/off control are each configured as an IGBT, unlike the circuit of Fig. 2, the second galvanic module connection portion 315 has a second switch. Instead of being electrically connected to the element 206, it is electrically connected to an intermediate point of an electrical series circuit including the third switch element 302 and the fourth switch element 306.

図3のモジュール301は、いわゆるフルブリッジモジュール301である。このフルブリッジモジュール301は、4つのスイッチ素子を相応に駆動制御する場合に、第1のガルバニックモジュール接続部212と第2のガルバニックモジュール接続部315との間において、エネルギー蓄積器210の正の電圧、またはエネルギー蓄積器210の負の電圧、または値零の電圧(零電圧)のどれか一つを選択的に出力することができるという特徴を有する。従って、フルブリッジモジュール301により、出力電圧の極性を逆にすることができる。電力変換装置1は、ハーフブリッジモジュール201のみを有するか、フルブリッジモジュール301のみを有するか、ハーフブリッジモジュール201およびフルブリッジモジュール301の両方を有するか、そのいずれであってもよい。第1のガルバニックモジュール接続部212および第2のガルバニックモジュール接続部215,315を介して、電力変換装置の大きな電流が流れる。 The module 301 of FIG. 3 is a so-called full bridge module 301. This full-bridge module 301 has a positive voltage of the energy storage device 210 between the first galvanic module connection 212 and the second galvanic module connection 315 when driving and controlling four switch elements accordingly. , Or a negative voltage of the energy accumulator 210 or a voltage of zero value (zero voltage) can be selectively output. Therefore, the full bridge module 301 can reverse the polarity of the output voltage. The power conversion device 1 may include only the half bridge module 201, only the full bridge module 301, or both the half bridge module 201 and the full bridge module 301. A large current of the power conversion device flows through the first galvanic module connecting portion 212 and the second galvanic module connecting portions 215 and 315.

図4は、高電圧直流送電設備401の実施例を概略的に示している。この高電圧直流送電設備401は、図1に示されているような電力変換装置1を2つ有する。両電力変換装置1は、直流側で高電圧直流接続部405を介して電気的に互いに接続されている。電力変換装置1の正側の両直流電圧端子16は、第1の高電圧直流線405aにより、電気的に互いに接続されている。両電力変換装置1の負側の両直流電圧端子17は、第2の高電圧直流線405bにより、電気的に互いに接続されている。この種の高電圧直流送電設備401により、電気エネルギーを長距離に亘って伝送することができる。高電圧直流接続部405は相応の距離を有する。 FIG. 4 schematically shows an embodiment of the high-voltage DC transmission equipment 401. This high-voltage DC power transmission equipment 401 has two power conversion devices 1 as shown in FIG. Both power conversion devices 1 are electrically connected to each other via a high-voltage DC connection unit 405 on the DC side. Both positive side DC voltage terminals 16 of the power conversion device 1 are electrically connected to each other by a first high-voltage DC line 405a. The negative DC voltage terminals 17 of the power conversion devices 1 are electrically connected to each other by the second high-voltage DC line 405b. With this kind of high-voltage DC power transmission equipment 401, electric energy can be transmitted over a long distance. The high voltage DC connection 405 has a corresponding distance.

図5は、無効電力補償装置501として用いられる電力変換装置501の実施例を示している。この電力変換装置501は、単に3つの相モジュールアーム11,18,27を有するだけであり、相モジュールアーム11,18,27は、その電力変換装置の3つの相モジュール505,507,509を構成している。相モジュール505,507,509の個数は、電力変換装置501が接続されている交流電圧系統511の相数に対応する。 FIG. 5 shows an embodiment of the power conversion device 501 used as the reactive power compensation device 501. This power conversion device 501 has only three phase module arms 11, 18, and 27, and the phase module arms 11, 18, and 27 constitute the three phase modules 505, 507, and 509 of the power conversion device. doing. The number of phase modules 505, 507, 509 corresponds to the number of phases of the AC voltage system 511 to which the power converter 501 is connected.

3つの相モジュールアーム11,18,27は、互いに三角結線されている。(3つの相モジュール505,507,509は、他の実施例において、三角結線の代わりに星形結線にて接続してもよい。その場合には、3つの相モジュールアームの中性点とは反対側の端部は、それぞれ、3相交流電圧系統511の相線路515,517,519に電気的に接続される。)電力変換装置501は交流電圧系統に無効電力を供給し、または無効電力を交流電圧系統から取り出すことができる。 The three phase module arms 11, 18, 27 are triangularly connected to each other . (The three phase modules 505, 507, 509 may be connected by star connection instead of triangular connection in another embodiment. In that case, the neutral point of the three phase module arms is The opposite ends are electrically connected to the phase lines 515, 517, and 519 of the three-phase AC voltage system 511. ) The power conversion device 501 supplies reactive power to the AC voltage system or reactive power. Can be taken out from the AC voltage system.

図6は、電気エネルギー蓄積器210を備えた装置602を示す。エネルギー蓄積器210は、この実施例では、電気コンデンサ210であり、より厳密に言えば、単極の電気コンデンサ(正側コンデンサ端子(+)および負側コンデンサ端子(−)を有する)である。しかし、エネルギー蓄積器210は、他の実施例においては、異なるタイプのコンデンサ、電池または蓄電池であってよい。装置602は、例えばモジュール1_2であってよい(または、図1に示された他のモジュールであってもよい)。装置602は、図2に示されたモジュール201の基本的な構成を示す。 FIG. 6 shows a device 602 with an electrical energy store 210. The energy store 210, in this example, is an electrical capacitor 210, or more specifically, a unipolar electrical capacitor (having a positive side capacitor terminal (+) and a negative side capacitor terminal (−)). However, the energy store 210 may be a different type of capacitor, battery or accumulator in other embodiments. Device 602 may be, for example, module 1_2 (or it may be another module shown in FIG. 1). The device 602 shows the basic configuration of the module 201 shown in FIG.

電気エネルギー蓄積器210は、第1の電気導体606(第1の電気接続部606)および第2の電気導体608(第2の電気接続部608)により、電子回路612(パワーエレクトロニクス回路612)に接続されている。第1の電気導体606は正側の電気導体であり、第2の電気導体608は負側の電気導体である。 The electrical energy store 210 is connected to the electronic circuit 612 (power electronics circuit 612) by the first electrical conductor 606 (first electrical connection 606) and the second electrical conductor 608 (second electrical connection 608). It is connected. The first electric conductor 606 is a positive-side electric conductor, and the second electric conductor 608 is a negative-side electric conductor.

電子回路612は、第1の電子スイッチ素子202と、第2の電子スイッチ素子206と、第1の逆並列接続されたダイオード204と、第2の逆並列接続されたダイオード208とを有し、これらは図2から既知である。更に、装置602は、電気エネルギー蓄積器210に並列接続されているサイリスタ616を有する。サイリスタのアノード620(アノード端子620)は、第1の電気導体606に電気的に接続されている。サイリスタのカソード622(カソード端子622)は、第2の電気導体608に電気的に接続されている。サイリスタのゲート624(ゲート端子624)は、この実施例では、無接続である。換言するならば、このゲート624はオープン状態にあり、即ち、他の構成要素とは接続されていない。サイリスタ616は、故障発生時に、電気エネルギー蓄積器210の放電電流630を導く保護用サイリスタ616である。サイリスタ616は、故障発生時に、電子回路612のバイパス路となって、電気エネルギー蓄積器210の放電電流630を通し、それにより、電気エネルギー蓄積器210の(一般に非常に大きい)放電電流から電子回路612を保護する。このようなサイリスタは、クローバーサイリスタ(Crowbar−Thyristor)とも呼ばれる。その放電電流630は、短絡状の放電電流630または短絡電流630とも呼ぶ。 The electronic circuit 612 includes a first electronic switch element 202, a second electronic switch element 206, a first antiparallel-connected diode 204, and a second antiparallel-connected diode 208. These are known from FIG. Further, the device 602 has a thyristor 616 connected in parallel with the electrical energy store 210. The thyristor anode 620 (anode terminal 620) is electrically connected to the first electrical conductor 606. The cathode 622 (cathode terminal 622) of the thyristor is electrically connected to the second electric conductor 608. The gate 624 (gate terminal 624) of the thyristor is unconnected in this embodiment. In other words, this gate 624 is open, i.e. not connected to other components. The thyristor 616 is a protective thyristor 616 that guides the discharge current 630 of the electric energy storage 210 when a failure occurs. The thyristor 616 serves as a bypass path for the electronic circuit 612 in the event of a failure and allows the discharge current 630 of the electrical energy store 210 to pass, thereby removing the (generally very large) discharge current of the electrical energy store 210 from the electronic circuit. Protect 612. Such a thyristor is also called a Crowbar-Thyristor. The discharge current 630 is also called a short-circuited discharge current 630 or a short-circuit current 630.

装置602においては、故障発生時に、次の処理過程が進行する。出発点として、電気エネルギー蓄積器210が充電されているものとする。サイリスタ616はオフ状態にあり(点弧されていなく)、即ち、サイリスタ616は電流の流れを阻止している。その後に、電子回路612において、故障が発生する。例えば、(望ましくないことであるが)第1の電子スイッチ素子202と第2の電子スイッチ素子206とが同時に導電状態になる(第1の電子スイッチ素子202と第2のスイッチ素子206とにより形成されているハーフブリッジ内でいわゆるブリッジ短絡が発生する)。それによって電気エネルギー蓄積器210が短絡され、放電電流630が突然流れ始める。 In the device 602, when a failure occurs, the next processing process proceeds. As a starting point, it is assumed that the electrical energy store 210 has been charged. Thyristor 616 is off (not fired), that is, thyristor 616 blocks current flow. Then, a failure occurs in the electronic circuit 612. For example (undesirably) the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206 are simultaneously in a conductive state (formed by the first electronic switching element 202 and the second switching element 206). A so-called bridge short circuit occurs in the half bridge that is being used. This shorts the electrical energy store 210 and the discharge current 630 suddenly begins to flow.

放電電流630は、先ずエネルギー蓄積器210から出発し、第1の電気導体606を介して電子回路612へ流れる。そこでは、放電電流630は、第1の電子スイッチ素子202および第2の電子スイッチ素子206を介して流れる。その後、放電電流630は、第2の電気導体608を介してエネルギー蓄積器210へ戻る。その際に、第1の電気導体606における放電電流と、第2の電気導体608における放電電流とは、いずれの場合にも反対の方向を有する。放電電流630は、第1の電気導体と、第2の電気導体と、電子回路612とにおいて発生する浮遊容量およびオーム抵抗だけによって制限される。従って、放電電流630は比較的急速に増大する。 The discharge current 630 first starts from the energy store 210 and flows via the first electrical conductor 606 to the electronic circuit 612. There, the discharge current 630 flows through the first electronic switching element 202 and the second electronic switching element 206. The discharge current 630 then returns to the energy store 210 via the second electrical conductor 608. In that case, the discharge current in the first electric conductor 606 and the discharge current in the second electric conductor 608 have opposite directions in each case. The discharge current 630 is limited only by the stray capacitance and ohmic resistance generated in the first electrical conductor, the second electrical conductor, and the electronic circuit 612. Therefore, the discharge current 630 increases relatively quickly.

(増大する)放電電流630に基づいて、第1の電気導体606の周りに、時間的に変化する磁界が発生する。放電電流630に基づいて、第2の電気導体608の周りにも、時間的に変化する磁界が発生する。これらの両磁界は重なり合い、両磁界はサイリスタ616、従ってサイリスタ616の半導体材料を貫通する。即ち、そのサイリスタは、空間的に、第1の電気導体および第2の電気導体に隣接して配置されている。(サイリスタ616は、サイリスタ616を貫通する磁界を妨げないか、または少ししか妨げない耐磁性材料からなる外側容器を有する。) Due to the (increasing) discharge current 630, a time-varying magnetic field is generated around the first electrical conductor 606. A time-varying magnetic field is also generated around the second electric conductor 608 based on the discharge current 630. Both of these magnetic fields overlap and both penetrate the thyristor 616 and thus the semiconductor material of the thyristor 616. That is, the thyristor is spatially arranged adjacent to the first electric conductor and the second electric conductor. (Thyristor 616 has an outer container made of a magnetic resistant material that does not interfere with, or only slightly interferes with, the magnetic field passing through thyristor 616.)

時間的に変化する磁界によって、サイリスタの半導体材料中に、電流、例えば渦電流が誘導される。この電流は、ゲート電流(内部ゲート電流)または点弧電流として作用し、サイリスタ616のターンオン(即ち、サイリスタ616の点弧)を生じさせる。サイリスタ616のターンオンに基づいて、今や、放電電流630が、もはや電子回路612を介しないで、サイリスタ616を介して流れる。より厳密に言えば、今や、放電電流630は、エネルギー蓄積器210から第1の電気導体606の一部を介してサイリスタのアノード620へ流れ、そしてサイリスタのカソード622から第2の電気導体608を介してエネルギー蓄積器210へ戻る。放電電流630はサイリスタ616を介して流れる。その理由は、サイリスタ616がエネルギー蓄積器210に電気的に低インダクタンスで接続されているからである。即ち、サイリスタ616とエネルギー蓄積器210との間の電気的な接続は、エネルギー蓄積器210を電子回路612に接続する第1の電気導体606および第2の電気導体608よりも少ない電気誘導性を有する。 The time-varying magnetic field induces an electric current, for example an eddy current, in the semiconductor material of the thyristor. This current acts as a gate current (internal gate current) or a firing current, causing turn-on of thyristor 616 (ie, firing of thyristor 616). Due to the turn-on of thyristor 616, discharge current 630 now flows through thyristor 616, rather than through electronic circuit 612. More precisely, the discharge current 630 now flows from the energy store 210 through a portion of the first electrical conductor 606 to the thyristor anode 620 and from the thyristor cathode 622 to the second electrical conductor 608. Return to the energy store 210 via. The discharge current 630 flows through the thyristor 616. The reason is that the thyristor 616 is electrically connected to the energy storage 210 with low inductance. That is, the electrical connection between the thyristor 616 and the energy storage 210 is less electrically inductive than the first electrical conductor 606 and the second electrical conductor 608 that connect the energy storage 210 to the electronic circuit 612. Have.

従って、サイリスタ616は誘導電流(渦電流)によってターンオンされる。この場合に、ゲート624は無接続の状態にある。ゲート624は、サイリスタから引き出す必要が全くない。サイリスタは、特に、磁界の時間的変化が或る閾値を上回ったときに初めて、誘導電流(ゲート電流)によってターンオンされる。その際に、サイリスタの半導体材料の所定位置での磁界の時間的変化が極めて重要である。サイリスタの半導体材料では、第1の電気導体606および/または第2の電気導体608の非常に近くにサイリスタを配置するならば、磁界の格別に大きな時間的変化を実現することができる。磁界の大きな時間的変化は、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間の間隔を小さくして、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間の中間空間635にサイリスタ616を配置することによっても実現することができる。換言するならば、(第1の電気導体606および/または第2の電気導体608における)放電電流の時間的変化が或る閾値を上回ったとき、誘導される電流(ゲート電流または点弧電流)によってサイリスタがターンオンされる。この閾値は、例えば5〜50kA/μsの値である。 Therefore, the thyristor 616 is turned on by the induced current (eddy current). In this case, the gate 624 is unconnected. The gate 624 need not be pulled out of the thyristor at all. The thyristor is turned on by the induced current (gate current), especially only when the temporal change of the magnetic field exceeds a certain threshold value. At that time, the temporal change of the magnetic field at a predetermined position of the semiconductor material of the thyristor is extremely important. With the semiconductor material of the thyristor, a particularly large temporal change of the magnetic field can be realized if the thyristor is placed very close to the first electrical conductor 606 and/or the second electrical conductor 608. The large temporal change of the magnetic field reduces the distance between the first electric conductor 606 and the second electric conductor 608, and the intermediate space between the first electric conductor 606 and the second electric conductor 608. It can also be realized by arranging the thyristor 616 in 635. In other words, when the temporal change in discharge current (in the first electrical conductor 606 and/or the second electrical conductor 608) exceeds a certain threshold, the induced current (gate current or ignition current). Turns on the thyristor. This threshold value is, for example, a value of 5 to 50 kA/μs.

サイリスタ616を通して流れる放電電流630によって、サイリスタ616は、熱的に過負荷となり、それによって破壊される。従って、サイリスタは、故障発生時に、電子回路612を放電電流630から保護するための犠牲要素としての働きをする。それ故、故障の発生後に(即ち、サイリスタ616を介する放電電流630の放出後に)、サイリスタ616は交換されなければならない。特に、サイリスタ616は、いわゆるコンダクトオンフェイル(Conduct-on-fail)特性を有する。即ち、故障発生時に(また、過負荷による破壊時にも)、サイリスタ616は、導電性を有したままであり、従って、放電電流630を減衰まで導くことができる。コンダクトオンフェイル特性を有するこのようなサイリスタは、商業的に入手可能である。 The discharge current 630 flowing through the thyristor 616 causes the thyristor 616 to be thermally overloaded and thereby destroyed. Therefore, the thyristor acts as a sacrificial element to protect the electronic circuit 612 from the discharge current 630 in the event of a failure. Therefore, after the occurrence of a failure (ie, after discharging the discharge current 630 through thyristor 616), thyristor 616 must be replaced. In particular, the thyristor 616 has a so-called conduct-on-fail characteristic. That is, when a failure occurs (and also when it is destroyed by overload), the thyristor 616 remains conductive, and therefore the discharge current 630 can be led to the decay. Such thyristors with conduct-on-fail properties are commercially available.

無接続の(または、それどころかサイリスタから引き出すことすら全くされていない)ゲートの代替として、ゲート624が、零に等しくない一定のインピーダンスによって終端されていてもよい。しかし、他の選択肢として、ゲートに、次の駆動制御ユニットが接続されていてもよい。即ち、放電のない故障時に(つまり、エネルギー蓄積器210の放電もしくはエネルギー蓄積器の短絡状の放電電流630を伴わない故障の際に)、サイリスタのゲート624にゲート電流を供給する駆動制御ユニットである。この種の放電のない故障は、例えばエネルギー蓄積器210の過充電であり得る。このことは、確かに、直接的には短絡状の放電電流630をもたらさないが、しかし、それでもやはり防止されなければならない。 As an alternative to a gate that is unconnected (or even not even pulled out of the thyristor), gate 624 may be terminated with a constant impedance not equal to zero. However, as another option, the next drive control unit may be connected to the gate. That is, in the drive control unit that supplies the gate current to the gate 624 of the thyristor at the time of failure without discharge (that is, at the time of failure without discharge of energy storage 210 or short-circuit discharge current 630 of energy storage). is there. A failure without this kind of discharge can be, for example, an overcharge of the energy store 210. This certainly does not lead directly to a short-circuited discharge current 630, but nevertheless must be prevented.

図7には、装置702の他の実施例が示されている。装置702は、例えばモジュール1_2であってよい(または図1に示されている他のモジュールの1つであってもよい)。装置702は、図3に示されているモジュール301の基本構成を有する。 Another embodiment of the device 702 is shown in FIG. Device 702 may be, for example, module 1_2 (or it may be one of the other modules shown in Figure 1). The device 702 has the basic configuration of the module 301 shown in FIG.

装置702は、図6の装置602とは、装置702が電子回路612とは異なる電子回路712を有することだけが異なる。電子回路712は、付加的に、第3の逆並列接続されたダイオード304を備えた第3の電子スイッチ素子302と、第4の逆並列接続されたダイオード308を備えた第4の電子スイッチ素子306とを有する。第1の電子スイッチ素子202と、第2のスイッチ素子206と、第3のスイッチ素子302と、第4のスイッチ素子306とは、フルブリッジ回路に接続されている。電子回路712では、例えば、第3の電子スイッチ素子302と第4の電子スイッチ素子306とが同時に導電させられる故障が発生し得る。第3のスイッチ素子302と第4のスイッチ素子306とによって、エネルギー蓄積器210が電気的に短絡され、放電電流630がエネルギー蓄積器210から電子回路712へ流れ始める。このプロセスの更なる経過は、図6との関連で説明したプロセスに対応する。 The device 702 differs from the device 602 of FIG. 6 only in that the device 702 has an electronic circuit 712 that is different from the electronic circuit 612. The electronic circuit 712 additionally includes a third electronic switch element 302 with a third anti-parallel connected diode 304 and a fourth electronic switch element with a fourth anti-parallel connected diode 308. 306 and. The first electronic switch element 202, the second switch element 206, the third switch element 302, and the fourth switch element 306 are connected to a full bridge circuit. In the electronic circuit 712, for example, a failure may occur in which the third electronic switch element 302 and the fourth electronic switch element 306 are simultaneously conductive. The energy storage 210 is electrically short-circuited by the third switching element 302 and the fourth switching element 306, and the discharge current 630 starts flowing from the energy storage 210 to the electronic circuit 712. The further course of this process corresponds to the process described in connection with FIG.

図8には、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間のサイリスタ616の装置802が示されている。第1の電気導体606および第2の電気導体608は、ここでは第1の電流レール606および第2の電流レール608として構成されている。第1の電流レール606および第2の電流レール608は、それぞれ扁平な外形を有する。図8の左側部分には、電子回路612がブロック612として示されている。図8の右側部分には、エネルギー蓄積器210が概略的にブロック210として示されている。電子回路612の代わりに、電子回路712も使用することができる。 FIG. 8 shows a device 802 of thyristors 616 between a first electrical conductor 606 and a second electrical conductor 608. The first electrical conductor 606 and the second electrical conductor 608 are here configured as a first current rail 606 and a second current rail 608. The first current rail 606 and the second current rail 608 each have a flat outer shape. Electronic circuitry 612 is shown as block 612 in the left portion of FIG. In the right part of FIG. 8, the energy store 210 is shown diagrammatically as block 210. Instead of electronic circuit 612, electronic circuit 712 can also be used.

第1の電気導体606(第1の電流レール606)は、エネルギー蓄積器210を電子回路612に接続する。第2の電気導体608(第2の電流レール608)は、エネルギー蓄積器210を電子回路612に接続する。第1の電気導体606と第2の電気導体608との間に、サイリスタ616が機械的に固定されている。従って、サイリスタ616は、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間の中間空間635内にある。サイリスタ616のアノード620は第1の電気導体606に接しており、サイリスタ616のカソード622は第2の電気導体608に接している。その固定は、締め付け装置806により実現されている。この締め付け装置806は、本実施例では、それぞれ1つのナットにより、第1の電気導体606、サイリスタ616および第2の電気導体608を固定する2つのボルトを有する。第1の電気導体606、サイリスタ616および第2の電気導体608は、保持枠を構成している。この保持枠もしくは機械的な固定部は、第1の電気導体606とサイリスタ616との間の良好な電気接触と、第2の電気導体608とサイリスタ616との間の良好な電気接触とを生じさせる。更に、本装置は、固定部もしくは保持枠に基づいて機械的に非常に安定であるので、本装置は、大きな放電電流に基づいて作用する電流力を確実に吸収することができる。 The first electrical conductor 606 (first current rail 606) connects the energy storage 210 to the electronic circuit 612. The second electrical conductor 608 (second current rail 608) connects the energy storage 210 to the electronic circuit 612. A thyristor 616 is mechanically fixed between the first electric conductor 606 and the second electric conductor 608. Therefore, the thyristor 616 is in the intermediate space 635 between the first electrical conductor 606 and the second electrical conductor 608. The anode 620 of the thyristor 616 is in contact with the first electric conductor 606, and the cathode 622 of the thyristor 616 is in contact with the second electric conductor 608. The fixing is realized by the tightening device 806. The tightening device 806 has, in this embodiment, two bolts for fixing the first electric conductor 606, the thyristor 616 and the second electric conductor 608 with one nut each. The first electric conductor 606, the thyristor 616, and the second electric conductor 608 form a holding frame. This holding frame or mechanical fixing makes good electrical contact between the first electrical conductor 606 and the thyristor 616 and good electrical contact between the second electrical conductor 608 and the thyristor 616. Let Furthermore, the device is mechanically very stable on the basis of the fixed part or the holding frame, so that the device can reliably absorb the current force acting on the basis of a large discharge current.

サイリスタ616の構造高さが、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間の間隔にほぼ対応することを良好に認識することができる。アノード620およびカソード622は、それぞれサイリスタ616の締め付け面を成している。磁束密度Bの磁力線は、サイリスタ616の締め付け面に平行に経過する(図8には示されていない;図10参照)。電界(E場)は、磁束密度Bの場に垂直であるが、図示されていない。例えば、非常に急峻に0から約20kAに増大する放電電流630により、サイリスタ616はターンオンすることができ、即ち、約20kAよりも大きい最大値を有し、非常に短い時間(1μs〜2μs以下)でその最大値に増大する放電電流は、サイリスタ616のターンオンをもたらす。 It can be well recognized that the structural height of the thyristor 616 corresponds approximately to the spacing between the first electrical conductor 606 and the second electrical conductor 608. The anode 620 and the cathode 622 each form a clamping surface of the thyristor 616. The magnetic field lines of the magnetic flux density B run parallel to the tightening surface of the thyristor 616 (not shown in FIG. 8; see FIG. 10). The electric field (E field) is perpendicular to the field of magnetic flux density B, but not shown. For example, a discharge current 630 that increases very rapidly from 0 to about 20 kA allows the thyristor 616 to turn on, ie, have a maximum value greater than about 20 kA and a very short time (1 μs to 2 μs or less). The discharge current increasing to its maximum value causes the turn-on of thyristor 616.

サイリスタ616は、図8の実施例において、ディスクセルの形を有する。サイリスタ616はディスクセル容器を有する。換言するならば、サイリスタはディスク状の構造を有し、底面がカソード、上面がアノードをなしている。このようなディスクセル状のサイリスタを用いて、特に機械的に安定な保持枠を実現することができる。図8の表示は、更に、サイリスタのゲート624が無接続であることを示している。図8の表示と違って、ゲート624は、サイリスタ616の容器810から引き出すことすらする必要がない。その理由は、そのゲートが無接続であるからである。 The thyristor 616 has the shape of a disk cell in the embodiment of FIG. The thyristor 616 has a disk cell container. In other words, the thyristor has a disk-shaped structure, with the bottom surface serving as the cathode and the top surface serving as the anode. By using such a disc-cell-shaped thyristor, a mechanically stable holding frame can be realized. The display of FIG. 8 further shows that the thyristor gate 624 is unconnected. Unlike the display of FIG. 8, the gate 624 need not even be pulled out of the container 810 of the thyristor 616. The reason is that the gate is unconnected.

図9は、図8による装置802を側面図で示す。ここでは、ディスクセル状のサイリスタ616の周囲が破線により示されている。 FIG. 9 shows the device 802 according to FIG. 8 in a side view. Here, the periphery of the disk cell-shaped thyristor 616 is indicated by a broken line.

図10は、図8の表示と同様に、装置802を平面図で示す。しかし、図10では、締め付け装置806、サイリスタ616の容器、アノードと第1の電気導体との間の電気的な接続部、カソードと第2の電気導体との間の電気的な接続部が省略されている。サイリスタ616の半導体材料1006だけが示されている。この半導体材料1006は、1つのディスク1006(ディスク状の半導体材料1006、半導体材料ディスク1006)をなしている。ディスク1006は断面図で示されている。側面図においては、ディスク1006は、図9においてサイリスタの周囲が有するのと同様の円形輪郭を有する。半導体材料1006は、図を見やすくする理由から過度に厚く示されている。この半導体材料1006における重要な半導体構造(特に、シリコン構造)は、非常に薄い、例えば数百μmの厚みしかない場合が多い。 FIG. 10 shows the device 802 in plan view, similar to the display of FIG. However, in FIG. 10, the fastening device 806, the container of the thyristor 616, the electrical connection between the anode and the first electrical conductor, the electrical connection between the cathode and the second electrical conductor are omitted. Has been done. Only the semiconductor material 1006 of thyristor 616 is shown. This semiconductor material 1006 forms one disk 1006 (disk-shaped semiconductor material 1006, semiconductor material disk 1006). Disk 1006 is shown in cross-section. In side view, the disk 1006 has a circular contour similar to that around the thyristor in FIG. The semiconductor material 1006 is shown too thick for reasons of clarity. The important semiconductor structure (in particular, the silicon structure) in the semiconductor material 1006 is often very thin, for example, a thickness of several hundred μm.

更に、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間の中間空間635内に形成された磁界1010の磁力線(磁束密度Bの磁力線1010)が示されている。磁界の磁力線1010は、図平面から出てきて観察者の方を向いている。観察者は、いわば、前方から磁力線先端に目を向けている。第1の電気導体606および第2の電気導体608は板状であるので、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間の中間空間635内では、平行な磁力線1010が形成される。磁力線1010は、サイリスタの半導体材料1006を貫通する。時間的に変化する磁界1010に基づいて、半導体材料1006内で電圧1016が誘起され、その電圧は、サイリスタの半導体材料1006内に、電流1018(渦電流1018)の流れを生じさせる。電圧1016および電流1018は、ここでは概略的にのみ示している。誘導電流1018は、サイリスタのゲート電流1018またはサイリスタの点弧電流として作用し、サイリスタ616をターンオンさせる(即ち、電流1018はサイリスタ616を点弧する)。 Furthermore, the magnetic force lines of the magnetic field 1010 (the magnetic force lines 1010 of the magnetic flux density B) formed in the intermediate space 635 between the first electric conductor 606 and the second electric conductor 608 are shown. The magnetic field lines 1010 of the magnetic field emerge from the plane of the drawing and face the observer. The observer looks, so to speak, from the front toward the tip of the magnetic field line. Since the first electric conductor 606 and the second electric conductor 608 are plate-shaped, parallel magnetic field lines 1010 are formed in the intermediate space 635 between the first electric conductor 606 and the second electric conductor 608. It The magnetic field lines 1010 penetrate the semiconductor material 1006 of the thyristor. A voltage 1016 is induced in the semiconductor material 1006 due to the time-varying magnetic field 1010, which causes a current 1018 (eddy current 1018) to flow in the semiconductor material 1006 of the thyristor. Voltage 1016 and current 1018 are shown here only schematically. The induced current 1018 acts as a thyristor gate current 1018 or a thyristor firing current, turning on the thyristor 616 (ie, the current 1018 ignites the thyristor 616).

第1の電気導体606は、第1の平らな外面1024を有する。第2の電気導体608は、第2の平らな外面1026を有する。第1の平らな外面1024および第2の平らな外面1026は、互いに平行に配置されている。サイリスタ616のディスク状の半導体材料1006は、第1の外面1024に対して平行に配置され、また同様に第2の外面1026に対して平行に配置されている。半導体材料1006のこの配置は、装置802のコンパクトで機械的に安定な構造を可能にする。更に、(それによって可能な、第1の電気導体606と第2の電気導体608との間の僅かな間隔によって)半導体材料1006の位置における磁界の大きな時間的変化が生じる。 The first electrical conductor 606 has a first flat outer surface 1024. The second electrical conductor 608 has a second flat outer surface 1026. The first flat outer surface 1024 and the second flat outer surface 1026 are arranged parallel to each other. The disc-shaped semiconductor material 1006 of the thyristor 616 is arranged parallel to the first outer surface 1024 and likewise parallel to the second outer surface 1026. This arrangement of semiconductor material 1006 enables a compact, mechanically stable construction of device 802. In addition (due to the possible small spacing between the first and second electrical conductors 606, 608), a large temporal change in the magnetic field at the position of the semiconductor material 1006 is produced.

換言するならば、ディスク1006(サイリスタのシリコンウェハ1006)は、導電材料である。ディスクが時間的に変化する磁界1010により貫通されるや否や、ディスクの面内に電流1018(特に、渦電流)が生成される。この電流は、サイリスタ616が点弧すること、即ちターンオンされることをもたらす。流れる短絡状の放電電流630が大きくなればなるほど、それによって生成される磁束密度Bがますます大きくなる。 In other words, the disc 1006 (thyristor silicon wafer 1006) is a conductive material. As soon as the disc is penetrated by the time-varying magnetic field 1010, a current 1018 (in particular an eddy current) is generated in the plane of the disc. This current causes the thyristor 616 to fire, or turn on. The greater the flowing short-circuiting discharge current 630, the greater the magnetic flux density B produced thereby.

図11は、もう一度、エネルギー蓄積器210を放電させる方法をフローチャートにより示す。この方法の出発点においては、エネルギー蓄積器が充電されており、サイリスタがターンオフ状態(阻止状態)にある。 FIG. 11 once again illustrates, by means of a flow chart, a method of discharging the energy store 210. At the starting point of this method, the energy store is charged and the thyristor is turned off (blocked).

方法ステップ1102:
電子回路612における故障発生後に、エネルギー蓄積器210の放電電流が流れ始める。放電電流630がエネルギー蓄積器210から第1の電気導体606を介して電子回路612へ流れ、第2の電気導体608を介してエネルギー蓄積器210へ戻る。
Method step 1102:
After a failure occurs in the electronic circuit 612, the discharge current of the energy storage device 210 starts to flow. A discharge current 630 flows from the energy store 210 via the first electrical conductor 606 to the electronic circuit 612 and returns to the energy store 210 via the second electrical conductor 608.

方法ステップ1104:
増大する放電電流630に基づいて、第1の電気導体606および/または第2の電気導体608の周りに時間的に変化する磁界1010が発生し、半導体材料1006が磁界1010によって貫通される。
Method step 1104:
Due to the increasing discharge current 630, a time-varying magnetic field 1010 is generated around the first electrical conductor 606 and/or the second electrical conductor 608, and the semiconductor material 1006 is penetrated by the magnetic field 1010.

方法ステップ1106:
時間的に変化する磁界1010によって、サイリスタ616の半導体材料1006において電流が誘導される。電流1018がサイリスタのゲート電流または点弧電流として作用する。
Method step 1106:
The time-varying magnetic field 1010 induces a current in the semiconductor material 1006 of the thyristor 616. Current 1018 acts as a thyristor gate or firing current.

方法ステップ1108
誘導された電流1018によってサイリスタ616がターンオンする。それに従って、エネルギー蓄積器210の放電電流630が、サイリスタ616を通して流れ、それによって電子回路612をバイパスする。
Method step 1108 :
The induced current 1018 turns on thyristor 616. Accordingly, the energy storage 210 discharge current 630 flows through the thyristor 616, thereby bypassing the electronic circuit 612.

方法ステップ1110:
エネルギー蓄積器210の放電の増大にともなって放電電流630が減衰する。
Method step 1110:
As the discharge of the energy storage 210 increases, the discharge current 630 decays.

サイリスタに結合される磁界(より詳しく言うならば、サイリスタに結合される磁束密度B)が、サイリスタ全体を貫通し、サイリスタの薄い半導体構造/半導体材料内に誘導電流(渦電流)を発生させる方法および装置について説明した。この電流は、磁界の時間的変化(dB/dt)の閾値以上において、半導体材料内でゲート電流(または点弧電流)を流し、それによって(外部の電子評価回路からの外部ゲート電流を必要とすることなしに)サイリスタをターンオンさせるのに十分である。従って、ゲートの外部制御は必要でなく、サイリスタが損傷していないかぎり、故障認識/短絡認識がサイリスタに内在して機能する。これは大きな利点である。なぜならば、評価回路の機能検査が、大容量のエネルギー蓄積器の場合、現実面では困難で高価であるからである。特に、本装置および本方法は、低い故障率(FIT−Rate)を有し、この故障率はサイリスタの故障率にほぼ相当する。この故障率は、サイリスタの場合、非常に低い。 A method in which a magnetic field coupled to the thyristor (more specifically, a magnetic flux density B coupled to the thyristor) penetrates the entire thyristor and generates an induced current (eddy current) in the thin semiconductor structure/semiconductor material of the thyristor. And the device. This current causes a gate current (or ignition current) to flow in the semiconductor material above a threshold of the time-varying magnetic field (dB/dt), thereby (requiring an external gate current from an external electronic evaluation circuit). Sufficient to turn on the thyristor (without doing so). Therefore, no external control of the gate is required, and fault/short circuit recognition is inherent in the thyristor, as long as the thyristor is not damaged. This is a great advantage. This is because the functional test of the evaluation circuit is difficult and expensive in reality in the case of a large capacity energy storage device. In particular, the device and the method have a low failure rate (FIT-Rate), which corresponds approximately to the failure rate of thyristors. This failure rate is very low for thyristors.

上述の装置および上述の方法においては、エネルギー蓄積器の短絡状の放電電流630が、サイリスタの遅れのない点弧のために利用され、そのために、結果として時間遅れをもたらしたであろう検出回路もしくは評価回路が必要とされることはない。1つのサイリスタのみによる技術的実現は、極めて簡単で安価である。サイリスタの点弧時には、当該サイリスタは、(エネルギー蓄積器の制圧すべきエネルギーの大きさに応じて)破壊され、場合によっては後でのメンテナンス時に交換されなければならない。そのサイリスタに対しては、比較的簡単なダイオードディスクセル容器が使用される。というのは、ゲート端子624を必要とせず、従って容器から引き出す必要もないからである。 In the device and method described above, the short-circuit discharge current 630 of the energy store is used for the delay-free firing of the thyristor, which would result in a time delay. Alternatively, no evaluation circuit is needed. The technical realization with only one thyristor is extremely simple and cheap. Upon ignition of the thyristor, it must be destroyed (depending on the amount of energy to be controlled by the energy store) and possibly replaced during later maintenance. A relatively simple diode disk cell container is used for the thyristor. This is because the gate terminal 624 is not needed and therefore need not be pulled out of the container.

上述の装置および上述の方法においては、言うに値するほどの熱損失は発生せず、このことは、通常運転時にも導通損失またはスイッチング損失を発生する保護要素に比べて、エネルギー効率を明らかに改善する。それによって、多数の上述の装置を有する設備(例えば、高電圧直流送電設備)の電気的損失が僅かに保たれ、これによって著しいコスト節減がもたらされる。 In the above-mentioned device and in the above-mentioned method, no appreciable heat losses occur, which clearly improves the energy efficiency compared to the protective elements which also generate conduction or switching losses during normal operation. To do. As a result, the electrical losses of installations with a large number of the above-mentioned devices (for example high-voltage DC transmission installations) are kept slightly, which leads to significant cost savings.

電気的なエネルギー蓄積器を、特に短絡時に安全かつ確実に放電させることができる、装置および方法を説明した。有利なことに、そのために1つのサイリスタ以外に、更なる構成要素を必要としない。このことは、エネルギー蓄積器の放電電流からの電子回路の極めて簡単かつ確実な保護を可能にする。 Described is an apparatus and method that can safely and reliably discharge an electrical energy store, especially during a short circuit. Advantageously, it requires no additional components other than one thyristor. This allows a very simple and reliable protection of the electronic circuit from the discharge current of the energy store.

1 電力変換装置(マルチレベルコンバータ)
1_1〜6_n モジュール
202 第1のスイッチ素子
206 第2のスイッチ素子
210 電気的なエネルギー蓄積器
302 第3のスイッチ素子
306 第4のスイッチ素子
606 第1の電気導体
608 第2の電気導体
602 装置
612 電子回路
616 サイリスタ
620 アノード
622 カソード
630 放電電流
702 装置
712 電子回路
810 ディスクセル容器
1006 サイリスタの半導体材料
1010 時間的に変化する磁界
1018 誘導電流

1 Power converter (multi-level converter)
1_1 to 6_n module 202 first switch element 206 second switch element 210 electrical energy store 302 third switch element 306 fourth switch element 606 first electrical conductor 608 second electrical conductor 602 device 612 Electronic circuit 616 Thyristor 620 Anode 622 Cathode 630 Discharge current 702 Device 712 Electronic circuit 810 Disk cell container 1006 Semiconductor material 1010 Thyristor semiconductor magnetic field 1018 Time-varying magnetic field 1018 Induced current

Claims (16)

第1の電気導体(606)および第2の電気導体(608)により電子回路(612)に接続されている電気的なエネルギー蓄積器(210)を放電させる方法であって、前記エネルギー蓄積器(210)を放電させるためのサイリスタ(616)が設けられている方法において、
前記電子回路(612)において発生した故障に基づいて、前記エネルギー蓄積器(210)の放電電流(630)が、前記エネルギー蓄積器(210)から前記第1の電気導体(606)を介して前記電子回路(612)へ流れ始め、前記第2の電気導体(608)を介して前記エネルギー蓄積器(210)へ戻り、
前記放電電流(630)に基づいて、前記第1の電気導体(606)および前記第2の電気導体(608)の周りに、時間的に変化する磁界(1010)が生成され、前記時間的に変化する磁界(1010)が前記サイリスタ(616)の半導体材料(1006)を貫通し、
前記時間的に変化する磁界(1010)によって、前記サイリスタの半導体材料(1006)内に電流(1018)が誘導され、
その誘導された電流(1018)によって前記サイリスタ(616)がターンオンされる、方法。
A method of discharging an electrical energy store (210) connected to an electronic circuit (612) by a first electrical conductor (606) and a second electrical conductor (608), said energy store ( 210) is provided with a thyristor (616) for discharging
Due to a fault occurring in the electronic circuit (612), a discharge current (630) of the energy store (210) is transferred from the energy store (210) via the first electrical conductor (606). Begins to flow into an electronic circuit (612) and returns to the energy storage (210) via the second electrical conductor (608),
A time-varying magnetic field (1010) is generated around the first electrical conductor (606) and the second electrical conductor (608) based on the discharge current (630), and the temporally varying magnetic field (1010) is generated. A changing magnetic field (1010) penetrates the semiconductor material (1006) of the thyristor (616),
The time-varying magnetic field (1010) induces a current (1018) in the semiconductor material (1006) of the thyristor,
The method wherein the induced current (1018) turns on the thyristor (616).
前記電子回路(612)が、1つのハーフブリッジ回路内に配置されている少なくとも2つの電子スイッチ素子(202,206)を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein the electronic circuit (612) comprises at least two electronic switching elements (202, 206) arranged in a half bridge circuit. 前記電子回路(712)が、前記2つの電子スイッチ素子(202,206)と、2つの他の電子スイッチ素子(302,306)とを有し、前記2つの電子スイッチ素子(202,206)と、前記2つの他の電子スイッチ素子(302,306)とが、1つのフルブリッジ回路に配置されていることを特徴とする請求項記載の方法。 The electronic circuit (712) includes the two electronic switch elements (202, 206) and two other electronic switch elements (302, 306), and the two electronic switch elements (202, 206) 3. The method according to claim 2 , characterized in that the two other electronic switching elements (302, 306) are arranged in one full bridge circuit. 電子回路(612)と、電気的なエネルギー蓄積器(210)と、そのエネルギー蓄積器(210)を放電させるためのサイリスタ(616)とを備え、前記エネルギー蓄積器(210)が、第1の電気導体(606)と第2の電気導体(608)とにより前記電子回路(612)に接続されている、装置(602)において、
前記サイリスタ(616)が、次のように、即ち、
前記第1の電気導体(606)および前記第2の電気導体(608)の少なくとも一方を通して流れる前記エネルギー蓄積器(210)の放電電流(630)に基づいて発生し
て、前記サイリスタ(616)の半導体材料(1006)を貫通する、時間的に変化する磁界(1010)に基づいて、前記サイリスタの前記半導体材料(1006)内に前記サイリスタをターンオンさせる電流(1018)が誘導されるように、
前記第1の電気導体(606)および前記第2の電気導体(608)の少なくとも一方に対して空間的に隣接して配置されていることを特徴とする、装置(602)。
An electronic circuit (612), an electrical energy store (210), and a thyristor (616) for discharging the energy store (210), the energy store (210) being the first A device (602), which is connected to the electronic circuit (612) by an electrical conductor (606) and a second electrical conductor (608),
The thyristor (616) is as follows:
Generated based on the discharge current (630) of the energy store (210) flowing through at least one of the first electrical conductor (606) and the second electrical conductor (608), the thyristor (616) Such that a current (1018) that turns on the thyristor is induced in the semiconductor material (1006) of the thyristor based on a time-varying magnetic field (1010) that penetrates the semiconductor material (1006),
Device (602), characterized in that it is arranged spatially adjacent to at least one of said first electrical conductor (606) and said second electrical conductor (608).
前記サイリスタ(616)が、前記第1の電気導体(606)と前記第2の電気導体(608)との間の中間空間(635)内に配置されていることを特徴とする請求項4記載の装置。 The thyristor (616) is arranged in an intermediate space (635) between the first electrical conductor (606) and the second electrical conductor (608). Equipment. 前記サイリスタのアノード(620)が前記第1の電気導体(606)に接続されており、前記サイリスタのカソード(622)が前記第2の電気導体(608)に接続されていることを特徴とする請求項4または5記載の装置。 An anode (620) of the thyristor is connected to the first electric conductor (606), and a cathode (622) of the thyristor is connected to the second electric conductor (608). The device according to claim 4 or 5. 前記サイリスタ(616)が、前記第1の電気導体(606)と前記第2の電気導体(608)との間に機械的に固定されていることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の装置。 7. The thyristor (616) is mechanically fixed between the first electrical conductor (606) and the second electrical conductor (608). The apparatus according to item 1. 前記サイリスタ(616)が、ディスクセル容器(810)を有することを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の装置。 Device according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the thyristor (616) comprises a disk cell container (810). 前記第1の電気導体(606)および前記第2の電気導体(608)の少なくとも一方が、それぞれ電流レールとして形成されていることを特徴とする請求項4から8のいずれか1項に記載の装置。 9. At least one of the first electrical conductor (606) and the second electrical conductor (608) is formed as a current rail, respectively, according to any one of claims 4 to 8. apparatus. 前記第1の電気導体(606)および前記第2の電気導体(608)の少なくとも一方が、それぞれ平らな外面を有し、サイリスタの半導体材料がディスク(1006)を形成し、前記ディスク(1006)が平らな外面(1024,1026)の少なくとも一方に平行に配置されていることを特徴とする請求項4から9のいずれか1項に記載の装置。 At least one of the first electrical conductor (606) and the second electrical conductor (608) has a respective flat outer surface, the semiconductor material of the thyristor forming a disc (1006), the disc (1006) Device according to any one of claims 4 to 9, characterized in that it is arranged parallel to at least one of the flat outer surfaces (1024, 1026). 前記サイリスタ(616)が、前記エネルギー蓄積器(210)に低インダクタンスで接続されていることを特徴とする請求項4から10のいずれか1項に記載の装置。 11. Device according to any one of claims 4 to 10, characterized in that the thyristor (616) is connected to the energy store (210) with low inductance. 前記サイリスタ(616)が、前記エネルギー蓄積器(210)に並列接続されていることを特徴とする請求項4から11のいずれか1項に記載の装置。 Device according to any one of claims 4 to 11, characterized in that the thyristor (616) is connected in parallel with the energy store (210). 前記電子回路(612)が、1つのハーフブリッジ回路内に配置された少なくとも2つの電子スイッチ素子(202,206)を有することを特徴とする請求項4から12のいずれか1項に記載の装置。 13. Device according to any one of claims 4 to 12, characterized in that the electronic circuit (612) comprises at least two electronic switching elements (202, 206) arranged in one half-bridge circuit. .. 前記電子回路が、2つの電子スイッチ素子(202,206)と2つの他のスイッチ素子(302,306)とを有し、前記2つの電子スイッチ素子(202,206)と前記2つの他のスイッチ素子(302,306)が、1つのフルブリッジ回路内に配置されていることを特徴とする請求項4から13のいずれか1項に記載の装置。 The electronic circuit has two electronic switching elements (202, 206) and two other switching elements (302, 306), and the two electronic switching elements (202, 206) and the two other switches. 14. Device according to any one of claims 4 to 13, characterized in that the elements (302, 306) are arranged in one full-bridge circuit. 請求項4から14のいずれか1項に記載の装置(602,702)を有するモジュール型マルチレベルコンバータ(1)のモジュール(1_1,1_2,…,6_n)。 Having a device according (602, 702) in any one of claims 4 to 14, modular module multilevel converter (1) (1_1,1_2, ..., 6_n). 請求項15記載モジュール(1_1,1_2,…,6_n)を多数有するモジュール型マルチレベルコンバータ(1)。
A module-type multilevel converter (1) having a large number of modules (1_1, 1_2,..., 6_n) according to claim 15.
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